钻孔找矿技术在工程地质钻探中的运用

文｜福建省闽南地质大队 郭德健

0 前言

改革开放以来，我国经济飞速发展，工程地质钻探项目也变得越来越多，其中，钻孔技术就是地质钻探技术的重要组成部分。本文从钻孔找矿技术出发，首先从常用的地质钻探设备、钻探技术，结合不同种类的钻孔找矿技术以及我国钻孔技术今后发展方向对工程地质钻探和钻孔找矿技术做一个较为全面的介绍，然后，结合钻孔找矿技术在工程地质钻探中的具体用途，和一些更好利用钻孔找矿技术的方法，分析钻孔找矿技术在工程地质钻探中的实际运用。

1 工程地质钻探的发展应用

1.1 常用的地质钻探设备

国内主要的地质钻探设备有：立轴式岩心钻机，是我国地质钻探设备中的主力机型；全液压动力头岩芯钻机，是我国目前发展速度较快的机型；国产坑道钻机，主要用于深部矿山区的钻探；以及煤层气钻机，用于煤层气的钻探工程。因为煤层气钻机中使用较多的进口设备，价格较为昂贵，因此为我国在煤层气钻机的研究和生产方面提供了十分广阔的市场。而国外主要的地质钻探设备有：全液压动力头岩芯钻机，是国外发展规模较为完整的主流机型；新型中深孔钻机，是随着复合钻探技术的进步和发展，得到日益广泛的使用的机型；自动化、智能化钻机，是在欧美国家发展并成熟的，能够依靠计算机和设备主动完成单人操作，适应多种作业条件的机型。

1.2 常用的地质钻探技术

1.2.1 回转式

回转式地质钻探技术指的是，利用钻孔设备的回转运动，逐渐将岩石粉碎并成孔钻进，是一种非常普通的钻探方法。回转式钻探技术中，经常使用的钻机分为两种：一种是正、反循环转盘式钻机；另一种为大、小锅锥钻机，不同类型的钻机的回转速度具有相当大的差别。而按照功能的不同，又可以将回转钻机分为两种：只具备钻进功能的相对简单的回转钻机；以及具备钻进功能，和循环洗井功能的结构完整的回转钻机。

1.2.2 冲击式

冲击式地质钻探技术的使用历史非常长。这种钻探技术指的是：使用一字型或者十字型的钻头，通过钢丝绳或者钻杆相连的方式，进行上下运动，冲击岩石，将被粉碎掉的岩屑等捞出去除后，就形成了钻孔。

1.2.3 冲击回转式

冲击回转式地质钻探技术指的是：同时使用冲击式和回转式的地质钻探技术，击破岩石钻进成孔。按照使用的冲击器的不同，被分为液动冲击回转钻探技术，以及气动冲击回转钻探。冲击回转式地质钻探技术能够保证硬质层转速的提高，以及回转进尺长度的增加，还能够减小钻孔的弯曲程度，从而能够降低工程成本[1]。

1.3 工程地质钻探的特点

1.3.1 依工程实际要求钻孔

在工程地质钻探中，在考察施工地区的地质条件后，还要根据即将进行的工程项目的特点对工程地质钻孔进行详细的分析，比如：在进行民用建筑的钻孔布孔时，需要依照建筑的轮廓线进行钻孔，而在水利工程的钻孔布孔时，需要按照水利工程的坝轴线进行钻孔，见图1。

1.3.2 钻孔深度因外界条件不同而不同

工程建筑钻孔的深度是根据拟建构筑物的荷载确定钻孔深度的，与拟建场地土体类别有关，因此，无论哪种工程建筑所使用的钻孔其深度也必须根据建筑物荷载和土体类别确定。

图1 矿体内部边界的界定

1.3.3 使用钻孔进行地质勘察

通过钻孔，能够对工程现场的地层岩性，地质结构，以及地下水文地质条件进行勘察。需要注意的是，为了保证使用钻孔技术得出的分析的准确性，还需要通过地质钻探技术对工程施工地区进行取样观测。

2 钻孔找矿技术的发展应用

2.1 钻孔找矿技术的分类

2.1.1 浅钻

浅钻技术与浅井的功能相似，主要被应用于开采埋藏较浅的矿床的勘探工作中。在钻探过程中，如果出现大量涌水的现象时，也可以使用浅钻技术进行工程的钻探。浅钻经常被安装在汽车上使用，操作方便，容易获取矿体表层数据，钻出的孔浅，而且使用浅钻的成本与使用其他钻孔技术相比要低很多。但是浅钻技术不能用于岩石硬度过大的钻探工作中。

2.1.2 地下钻

又被称为坑内钻，属于岩心钻的一种，主要被应用于水平坑道的打孔钻探中。一些复杂矿床的勘探工作（矿体的数量多，矿体的产状复杂），还可以被应用于地质环境复杂的矿床的勘探工作等，在这些情况下使用地下钻技术，与其他钻探技术相比，更具与准确性和高效性。但是因为地下钻技术的应用原理复杂，且使用代价较大，因此，地下钻技术适用的范围较小。

2.1.3 岩心钻

岩心钻技术是应用的最广泛的技术，因为这种技术不容易受其他条件（矿床、矿种、地质条件）的限制和影响，而且操作方便，准确度较高，因此具有十分广阔的运用范围。岩心钻技术指的是在进行地质钻探的过程中，经过岩心，对岩心进行相关的分析研究，获取在地下深处矿体的地质信息数据，和水文参考数据，从而分析得出在矿床的分布和延伸情况，以及矿含量和矿质质量的主要情况[3]。

2.2 我国钻孔找矿技术的发展方向

我国国土面积辽阔，地形复杂多样，复杂多样的地质条件，就决定着在不同地区进行地质钻探时，要使用不同的钻孔找矿技术。这就要求要加大对钻孔找矿技术的研究力度，不断寻找新的有效的钻孔技术；而且有些地区地质条件恶劣，地质钻探的难度大，为了进行有效的地质钻探，就需要改进钻探设备和钻探技术。这就要求要改进钻探设备的研究和生产工作，提高钻探设备的质量，提高在不同地质条件下的适应能力和使用能力；而矿产资源需求量的不断增加，以及易采矿产资源的减少，进行钻孔找矿时，探测的深度就会大大增加，对技术的要求更高。

3 钻孔找矿技术在工程地质钻探中的运用

3.1 钻孔找矿技术在工程地质钻探中设备的运用现状

钻探技术设备是钻孔找矿工程中的重要组成部分，它会随着钻探工艺，钻探技术以及钻探方法的进步而不断的发展。同时它也会直接影响钻孔找矿技术水平的进步。地质钻探设备是指直接应用于钻孔找矿工程中的机械设备，它们主要包括动力机，泥浆泵，钻机等设备，这其中最重要、最核心的部分就是钻机。这些设备会随着科技的进步而不断的进行改进和完善。

3.2 钻孔找矿技术在工程地质探索中的实际运用

3.2.1 资源勘查

通过对钻孔找矿技术，获取地下地质相关数据信息，从而对地下的地质状况进行较为准确的分析。可以用于地下矿产资源的探寻和开采、地下石油资源的开采、地下页岩气和地热能的探寻和开发。

3.2.2 水文研究

在城市化发展速度不断加快，和水资源愈发紧缺的现代社会，可以使用钻孔找矿技术对城市地下水的水质和其他水文状况进行勘察和监督，保证城市用水的安全；还可以用于农业地下水水文状况的检测，为农业用水提供保证。用于工业地下水的水文状况研究和检测，为合理利用工业用水，节约成本，减少污染提供支持。

3.2.3 辅助施工

当被应用于建筑工程，或者是水利工程的建筑时，为了保证工程的安全性，可以使用钻孔找矿技术在工程正式实施之前进行地质勘探，这样便于施工的安全开展。在施工过程中也可以使用钻孔找矿技术，为通讯线路的安装，建筑施工过程中的爆破提供支持，还可以用于采矿过程中的探气探水和通风排水，保障施工的安全。

3.3 钻孔找矿技术的未来发展趋势

随着科技的进步和人类对矿产资源需求的增加，钻孔找矿技术的未来发展趋势主要表现在以下几个方面:

1.定向技术水平提高即定向对接技术和定向钻井技术这两项技术，需要国家和科研机构加大投入力度，并争取取得具有我国自主知识产权的技术成果，而非依靠引进他国技术。

2.设备制造技术提升。即提高钻头，钻机等一系列钻具的制造技术，虽然我国目前传统的钻具已走向成熟阶段，并且给企业带来了非常可观的利益，不过随着钻孔地质条件的日益复杂，要求社会上有新的能够适应这种复杂地址条件的钻具出现，这样才能与时俱进，真正提高企业的效率。

4 结语

随着钻探技术的不断发展，钻孔技术也在不断进步。钻孔找矿技术运用于工程地质钻探中，大大提高了工程施工的效率和安全，并将会有越来越先进的钻孔找矿技术应用于工程地质钻探中，在技术不断丰富和发展的今天，钻孔找矿技术将会与其他技术相结合，应用于更多的领域，拥有更广阔的发展空间。